CN111484773A - 一种含有阴离子型分散剂的颜料黄分散体及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种含有阴离子型分散剂的颜料黄分散体，所含组分及质量百分比为：黄色颜料5％～35％，分散剂2％～15％，润湿消泡剂0.1％～2.0％，消泡剂0～1％，杀菌剂0.1％～0.3％，余量为去离子水。所述的阴离子型分散剂为烷基萘磺酸盐或其甲醛缩合物和木质素磺酸盐的混合物，二者混合质量比为3:1～15:1。本发明制成的颜料黄分散体具有高流动性和高稳定性，颜料的平均粒径小于100nm，非常适合用于数码颜料喷墨墨水的制备。本发明还公开了该颜料黄分散体的制备方法。

Description

一种含有阴离子型分散剂的颜料黄分散体及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种含有阴离子型分散剂的颜料黄分散体，具体涉及一种喷墨用纳米级水性颜料黄分散体，属于打印喷墨领域。

背景技术

有机颜料比无机颜料具备更高的色强度与纯度，已被大量使用在塑胶、涂料及油墨等行业中。将干粉颜料加入到分散介质后再经过分散加工，采用机械研磨，就能够得到各个行业所需的细度。分散剂是一种在分子内同时具有亲油性和亲水性两种相反性质的界面活性剂，可均一分散难溶的无机、有机颜料固体颗粒，同时也能防止固体颗粒的沉降和凝聚。

在喷墨墨水的应用中，颜料分散体除了要满足色相和着色力上的要求外，喷墨打印对分散体的粒径和流变性能方面也有很高的要求，此外喷墨的应用需要颜料分散体具备良好的分散稳定性和储存稳定性，而上述性能均与颜料分散剂的选取有很大关系。

中国专利CN106133073公开的一种水系喷墨用颜料分散体的制备方法，主要包括两个步骤：(1)混合液制造工序，制造包含水、颜料、颜料分散聚合物以及相对于颜料总质量3wt％～30wt％的松香酸的混合液，(2)降低工序，降低混合液中所含松香酸的量，使之相对于颜料总质量小于3wt％。该发明采用的颜料分散聚合物来源于亲水性结构单元(甲基)丙烯酸以及来源于疏水性结构单元C₁～C₂₀的(甲基)丙烯酸烷基酯及其衍生物、(甲基)丙烯酸苄酯及其衍生物和苯氧基乙基(甲基)丙烯酸酯及其衍生物中的一种。加入松香酸的目的是用来提高颜料表面润湿性，可以使颜料分散聚合物有效的包覆于颜料表面，从而提高了颜料分散体的分散性。但是引入松香酸增加了一道降低松香酸含量的工序，使整个制造工序变得繁琐，而且降低工序并不能完全消除因松香酸带来的影响。

中国专利CN105062223公开的一种水性颜料黄分散体采用了SMA-聚氧乙烯醚-季胺型阳离子聚合物作为分散剂，其基本配方是：去离子水20％～45％，丙二醇3％～10％，润湿剂1％～3％，阳离子聚合物分散剂6％～20％，pH调节剂0.1％～0.8％，有机黄色颜料20％～50％，增稠防沉剂0.1％～1％，杀菌剂0.1～0.3％，消泡剂0.1％～0.5％。该颜料黄分散体着色力佳、相容性好，用于纺织印花和喷墨打印墨水，但是储存稳定性还有待提升，并且阳离子体系的配伍性差，应用于喷墨打印时，存在因串墨引起絮凝进而堵塞喷头的风险。

发明内容

本发明的目的在于提供一种阴离子型分散剂分散的水性颜料黄分散体。

本发明还提供了该分散体的制备方法。

一种含有阴离子型分散剂的颜料黄分散体，它包括的组分及质量百分比如下：黄色颜料5％～35％、分散剂2％～15％、润湿消泡剂0.1％～2.0％、消泡剂0～1％、杀菌剂0.1％～0.3％，余量为去离子水。

所述黄色颜料为C.I.颜料黄83，C.I.颜料黄138，C.I.颜料黄139，C.I.颜料黄150，C.I.颜料黄151，C.I.颜料黄153，C.I.颜料黄154，C.I.颜料黄155，C.I.颜料黄175，C.I.颜料黄180，C.I.颜料黄181，C.I.颜料黄185中的一种。

颜料分散体是使用分散剂制备的。分散剂又称湿润分散剂，它除具有湿润作用外，其活性基团一端能吸附在粉碎成细小微粒的颜料表面，另一端溶剂化进入分散介质形成吸附层，产生电荷斥力(水性体系)或熵斥力(溶剂型体系)。阴离子型分散剂是由非极性带负电荷的亲油基团和极性的亲水基团构成，两种基团分别处在分子的两端，形成不对称的亲水亲油分子结构。分散剂是纳米颜料分散体的关键材料之一，熟知的分散剂有BYK-190(德国毕克化学)、JONCRYL HPD696(德国BASF)、TEGO 750、TEGO 760W(赢创迪高)。

所述分散剂为烷基萘磺酸盐或其甲醛缩合物和木质素磺酸盐的混合物，混合质量比为3:1～15:1。所述烷基萘磺酸盐或其甲醛缩合物的结构式分别如下：

其中，结构式中的R为H以及C₁～C₁₄的各种变体，R在萘环上的取代位置和取代数不定，M为Na⁺或NH₄ ⁺。

分散剂对颜料的作用包括两个方面，其一是在颜料表面形成吸附，以发挥分散剂的功效，其二是通过静电斥力或者空间位阻确保颜料粒子间的距离，实现抗絮凝效果。烷基萘磺酸盐中的萘环和木质素磺酸盐中的烷基苯均可以通过分子间的范德华力和平面分子间的π-π作用力与颜料分子形成吸附，同时平面结构更好的萘环与颜料有更强的相互作用。而分散剂中大量存在的亲水性羟基、羧酸基和磺酸基趋向于水，使颜料颗粒表面包有一层定向排列的相同电性的离子，使颜料颗粒相互排斥，拆散颜料分子间的色散力和氢键有效防止颗粒凝聚，因此颜料颗粒表面呈亲水性，有利于在水性介质中的分散。

分散剂用量过少，颜料颗粒润湿不够充分，颜料颗粒表面覆盖度低，未覆盖部分由于颜料颗粒之间的相互吸引作用而聚集到一起；分散剂用量过多，未与颜料颗粒结合的分散剂相互缠连导致了絮凝。分散剂的用量，以颜料是100份计，分散剂在50份以下，优选为30份以下。

润湿剂能加速颜料颗粒在水中的浸润脱气，增加颜料的分散速度，提高效率。颜料分散细化的前提是颜料颗粒表面的空气完全被水相包覆，公知的润湿剂均有一定的消泡能力，如美国空气化工的Surfynol 465，德国毕克化学的BYK 3410，BYK 3455。所述的润湿消泡剂为炔二醇类产品，该类化合物具有良好的润湿能力，同时兼具消泡功能。优选的为Surfynol 104(美国空气化工)，2,4,7,9-四甲基-5-癸炔-4,7-二醇，3,6-二甲基-4-辛炔-3,6-二醇中的一种。

所述的消泡剂为改性硅氧烷消泡剂，优选的为BYK 019(德国毕克化学)，Airase5100，Airase 5400(美国空气化工)中的一种。

杀菌防腐剂主要是通过杀灭细菌或使其失去生长繁殖能力来保证物料在使用过程中不产生腐败变质，异噻唑啉酮是目前用量较大的广谱杀菌剂之一。所述的杀菌剂优选为1,2-苯并异噻唑啉-3-酮。

一种含有阴离子型分散剂的颜料黄分散体的制备方法，主要包括分散和老化分级两个阶段。

(1)分散阶段

a.将分散剂与润湿消泡剂、杀菌剂和去离子水混合均匀，再将黄色颜料粉加入其中高速搅拌均匀，得到颜料预混液；

b.对颜料预混液进行研磨细化处理，研磨至颜料的平均粒径小于100nm；

(2)老化分级阶段

a.将细化处理后的颜料分散体静置贮存，以达到分散体稳定的目的；

b.将稳定后的颜料分散体经过加速沉降和过滤处理后即可用于数码颜料喷墨的配制。

其中，所述分散剂在使用前需经过冷冻除盐处理。所述的阴离子型分散剂中含有影响分散体稳定的杂质，在使用前需经过纯化，经济而优选的方法为利用不同温度下溶解度的差异而除去有害杂质。分散阶段中所述高速搅拌的转速为500转/分钟～1000转/分钟。

所述的研磨设备为新型纳米性能砂磨机。砂磨机的工作原理是利用高粘度泵将预搅拌好的物料输送入研磨缸，研磨缸内充满研磨介质，如玻璃珠、氧化锆珠和钢珠等。通过叶片的高速旋转，赋予研磨介质足够的动能，对物料施加剪切力和冲击力，实现对颜料的分散。所说研磨机的转速为500～4000转/分钟，优选的转速为800～3000转/分钟，更优选的转速为1000～2500转/分钟，研磨介质采用直径为0.05～0.3mm的纯氧化锆珠。从发色性的观点出发，所述颜料的平均一次粒径优选的为50～300nm，更优选的为80～200nm，最优选的为90～150nm。

研磨好的颜料分散体的静置贮存条件为冷藏，所述冷藏温度优选为-5℃～5℃；冷藏时间优选为2周～3周。所述颜料分散体的过滤装置为聚偏氟乙烯滤芯过滤装置；所述过滤操作为分级过滤(1μm和0.5μm)。

与现有的技术相比，本发明提供的产品具有以下优点：

(1)本发明合理的选择了阴离子型分散剂的组分和用量。阴离子型分散剂分子结构中的亲颜料基团锚住颜料后使其不易脱落，当颜料被研磨至纳米级后，其比表面积就会呈几何级增大，烷基萘磺酸盐及其甲醛缩合物和木质素磺酸盐提供了足够多的锚固基团，避免了因颜料表面的裸露而产生的颜料团聚现象，使颜料粒子能以极细的粒径(平均粒径为94nm)分散于水性体系中。而阴离子分散剂中大量存在的磺酸基、羟基等亲水性基团提供了有效的静电斥力，使颜料分散体长期存放而不会产生分层和沉淀现象。

(2)本发明的制备过程还采取了合理而有效的预处理和后处理方法。分散剂的冷冻处理除去了烷基萘磺酸钠或其甲醛缩合物中的无机盐杂质，冷藏条件下的长时间静置储存可以促使分散体老化以达到分散体稳定的目的，加速沉降和离心则除去了分散体中的重颗粒杂质和不稳定凝胶。以上操作尽可能的消除了影响分散体稳定的不利因素，保证了分散体具有良好的分散稳定性和储存稳定性。

(3)本发明提供的颜料黄分散体具有高稳定性和高流动性，热储之后的物性稳定，粘度和表面张力基本不变，也没有大粒径颗粒的产生，因此可用于数码颜料喷墨墨水的制备。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明作进一步说明，但并不意味着对本发明保护范围的限制。

材料

C.I.颜料黄83购自杭州百合花公司。

C.I.颜料黄150购自杭州百合花公司。

C.I.颜料黄139购自上海先尼科化工公司。

C.I.颜料黄155购自鞍山七彩化学公司。

分散剂Morwet D-400，D-425为购自荷兰AkzoNobel公司的烷基萘磺酸钠盐甲醛缩合物分散剂；Morwet IP为购自荷兰AkzoNobel公司的异丙基萘磺酸钠盐分散剂。

分散剂NNO为购自安阳双环助剂公司的萘磺酸钠盐甲醛缩合物分散剂。

Reax 83A为购自美国Meadwestvaco公司的木质素磺酸钠盐分散剂。

Borresperse CA为购自挪威Borregaard公司的木质素磺酸钠盐分散剂。

JONCRYL HPD 696为购自德国巴斯夫公司的苯乙烯丙烯酸共聚物分散剂。

Efka4046为购自荷兰埃夫卡公司的改性聚氨酯分散剂。

BYK019为购自德国毕克公司的消泡剂。

Airase 5100为购自美国空气化工公司的消泡剂。

除上述说明外，以下所有实施方案中使用的材料均可容易地购于标准来源，例如Sigma-Aldrich公司。

<实施例1>

分散剂溶液的制备：

(1)将54g烷基萘磺酸缩聚物盐分散剂(AkzoNobel公司分散剂Morwet D-400)溶于81g水中搅拌均匀，得到质量浓度为40％的分散剂溶液；将溶液于0℃冷冻12小时后取出，待溶解为冰水混合物状态再抽滤除盐；取6g木质素磺酸盐(Meadwestvaco公司分散剂Reax83A)溶于18g去离子水中，得到质量浓度为25％的木质素磺酸盐溶液。

(2)将上述两种分散剂溶液混合搅拌均匀。

分散体的制备：

(1)分散。

a.将4g润湿消泡剂2,4,7,9-四甲基-5-癸炔-4,7-二醇，4g杀菌剂1,2-苯并异噻唑啉-3-酮，上述的分散剂混合溶液以及500g去离子水搅拌均匀。

b.将200g黄色颜料(杭州百合花公司C.I.颜料黄83)加至步骤a的混合液中，以600转/分钟的速度分散搅拌30分钟，使颜料充分润湿分散，得到颜料预混液。

c.将颜料预混液倒入纳米砂磨机(东莞琅菱机械)的物料罐内，调节砂磨机的转速为1000～2500转/分钟，研磨过程中补余量去离子水至总物料量为2kg。循环研磨时注入冷却水降温，控制物料温度不超过40℃，研磨时可添加0.4g有机硅氧烷消泡剂(毕克公司消泡剂BYK019)进行消泡。研磨过程中跟踪测量颜料的粒径变化，当分散体的粒径D50≤100nm，150nm≤D97≤300nm时停止研磨，出料。

(2)老化分级。

a.将研磨细化后的颜料分散体于0℃下储存15天，使分散体系老化稳定。

b.老化后的颜料分散体进行离心沉降，离心机(湖南湘仪仪器)的转速为4000转/分钟，离心时间5分钟，分去沉降于底部的重颗粒。先后用1μm和0.5μm两种聚偏氟乙烯滤芯(杭州科百特公司)进行分级过滤，以除去分散体中的大粒径杂质，所得到的颜料黄分散体即可用于数码颜料喷墨的制备。

实施例2～6的制备方法参照实施例1，具体配方及用量如表1所示。

表1实施例1～6的分散体配方及性能

<对照例1、2>

对照例1、2的制备方法参照实施例1，所用分散剂分别为聚合物分散剂JONCRYLHPD696和Efka 4046，具体配方及用量如表2所示。

<对照例3>

对照例3的制备方法参照实施例1，分散剂溶液的制备省去了冷冻除盐处理步骤，具体配方及用量如表2所示。

<对照例4>

对照例4的制备方法参照实施例1，分散体的制备省去了老化分级阶段，具体配方及用量如表2所示。

表2对照例1～4的分散体配方及性能

测试方法

分散体的耐热老化试验：

取分散体样品，测试各项性能参数，密封保存在玻璃试剂瓶中，60℃水浴锅中放置2周后观察分散体的外观变化，并再次测试各项性能参数。分散体的各项变化等级如下：

1—完全分层，底部有硬沉淀，

2—明显分层，底部有少量沉淀，

3—轻微分层，摇震后分层消失，

4—无分层，测试有大粒径，

5—无分层，测试无大粒径，粘度和表面张力基本不变。

分散体的粒径采用激光粒度仪(丹东百特仪器Bettersize2600)测量；

pH值采用PHS-3C型pH计(上海雷磁)测定(25℃)；

电导率采用DDS-307型电导率仪(上海雷磁)测定(25℃)；

粘度采用T系列旋转粘度仪(上海方瑞仪器公司)测定；

表面张力采用BYZ系列自动表面张力仪(上海方瑞仪器公司)测定。

表3实施例1～6和对照例1～4的产品各项性能参数

以上结果表明，本发明所制备的颜料黄分散体的粒径较小，分散体中颜料以更细小的微粒状态分散，平均粒径D50能稳定在94nm左右，分散体热储之后没有出现分层和沉淀现象，各项性能参数较稳定，也无大粒径产生，因此可用于数码颜料喷墨墨水的制备。

以上实施例仅为本发明的优选实施例而已，显然不是全部的实施例，凡在本发明的精神原则之内所做的修改、替换和改进，均包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (8)

1.一种含有阴离子型分散剂的颜料黄分散体，它包括黄色颜料、分散剂、润湿消泡剂、消泡剂、杀菌剂和去离子水，其特征在于，所述组分含有以下重量百分比：

所述黄色颜料为C.I.颜料黄83，C.I.颜料黄138，C.I.颜料黄139，C.I.颜料黄150，C.I.颜料黄151，C.I.颜料黄153，C.I.颜料黄154，C.I.颜料黄155，C.I.颜料黄175，C.I.颜料黄180，C.I.颜料黄181，C.I.颜料黄185中的一种；

所述分散剂为烷基萘磺酸盐或其甲醛缩合物盐和木质素磺酸盐的混合物，二者的混合质量比为3:1～15:1。

2.根据权利要求1所述的颜料黄分散体，其特征在于，所述润湿消泡剂为2,4,7,9-四甲基-5-癸炔-4,7-二醇；

所述消泡剂为改性硅氧烷消泡剂；

所述杀菌剂为1,2-苯并异噻唑啉-3-酮。

3.根据权利要求1所述的颜料黄分散体的制备方法，主要包括分散和老化分级两个阶段，其特征在于，

(1)分散阶段

a.将分散剂与润湿消泡剂、杀菌剂和去离子水混合均匀，再将黄色颜料粉加入其中高速搅拌均匀，得到颜料预混液；

b.对颜料预混液进行研磨细化处理，研磨至颜料平均粒径小于100nm；

(2)老化分级阶段

a.将细化后的颜料分散体静置贮存，以达到分散体稳定的目的；

b.将稳定后的颜料分散体经过加速沉降和过滤处理后即可用于数码颜料喷墨的配制。

4.根据权利要求3所述的颜料黄分散体的制备方法，其特征在于，(1)中所述分散剂在使用前需经过冷冻除盐处理。

5.根据权利要求3所述的颜料黄分散体的制备方法，其特征在于，(1)中所述高速搅拌的转速为500转/分钟～1000转/分钟。

6.根据权利要求3所述的颜料黄分散体的制备方法，其特征在于，所述的颜料研磨细化的设备为新型纳米性能砂磨机；所述的研磨机，转速为400～5000转/分钟，研磨介质采用直径为0.05～0.3mm的纯氧化锆珠。

7.根据权利要求3所述的颜料黄分散体的制备方法，其特征在于，(2)中所述颜料黄分散体的静置贮存条件为冷藏。

8.根据权利要求3所述的颜料黄分散体的制备方法，其特征在于，(2)中所述颜料黄分散体的过滤装置为聚偏氟乙烯滤芯过滤装置，所述过滤操作为分级过滤(1μm和0.5μm)。